6.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vấn đề sử dụng hợp lí và tiết kiệm điện năng cho các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất to lớn đối với nền kinh tế vì các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 50% tổng số điện năng sản xuất ra. Hệ số công suất cosφ là một trong các chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Nâng cao hệ số công suât cosφ là một chủ trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng.
Phần lớn các thiết bị tiêu thụ điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q .Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh công. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa máy phát và hộ tiêu dùng điện là một quá trình dao động. Mỗi chu kỳ của dòng điện Q đổi chiều 4 lần, giỏ trị trung bỡnh của Q trong ẵ chu kỳ của dũng điện bằng 0. Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi phải tốn nhiều năng lượng. Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu thụ điện không nhất thiết phải là nguồn. Vì vậy , để tránh phải truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây người ta đặt gần các hộ tiêu thụ điện các máy sinh ra Q ( như tụ điện , máy bù đồng bộ…) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cosφ của mạng được nâng cao, giữa P, Q và góc φ có quan hệ:
Q arctg P ϕ =
Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền trên đường dây giảm xuống, do đó góc φ giảm, kết quả là cosφ tăng lên.
Hệ số công suất cosφ được nâng cao lên sẽ đưa lại các hiệu quả sau:
Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện.
Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện.
Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
Tăng khả năng phát của máy điện.
Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ:
Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên: là tìm biện pháp để các hộ tiêu thụ điện giảm bớt lượng công suất phản kháng tiêu thụ như: Hợp lí hoá qui trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lí hơn …Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên rất có lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế lâu dài mà không phải đặt thêm các thiết bị bù.
Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng biện pháp bù công suất phản kháng. Thực chất là đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu thụ điện để cung công suất phản kháng theo yêu cầu của
chúng, nhờ vậy sẽ giảm được lượng lớn công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây.
6.2 - CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT VÀ THIẾT BỊ BÙ:
Để bù công suất phản kháng cho các hệ thống cung cấp điện có thể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích…Ở đây, ta lựa chọn các bộ tụ điện tĩnh để làm thiết bị bù cho nhà máy. Sử dụng các bộ tụ điện có ưu điểm là tiêu hao ít công suất tác dụng, không có phần quay như máy bù đồng bộ nên việc lắp ráp và bảo quản được tiện lợi và dễ dàng. Tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ nên có thể tuỳ theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà ta có thể ghép dần các đầu tụ vào mạng điện khiến hiệu suất sử dụng cao mà không phải bỏ nhiều vốn đầu tư một lúc. Tuy nhiên tụ cũng có một số nhược điểm nhất định. Trong thực tế với các nhà máy, xí nghiệp có công suất không thất lớn thường dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nhằm mục đích nâng cao hệ số công suất.
Vị trí đặt các thiết bị bù ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả bù. Các bộ tụ điện bù có thể đặt tại TPPTT, thanh cái cao áp, hạ áp của TBAPX, tại các tủ phân phối, tủ động lực hoặc tại các đầu cực của các phụ tải lớn. Để xác định chính xác vị trí và dung lượng của thiết bị bù cần phải tính toán so sánh kinh tế kĩ thuật cho các phương án đặt tụ bù cho một hệ thống cung cấp điện cụ thể. Song theo kinh nghiệm thực tế, trong trường hợp công suất và dung lượng bù công suất phản kháng của các nhà máy và thiết bị không thật lớn có thể phân bố dung lượng bù cần thiết đặt tại thanh cái của các TBAPX để giảm nhẹ vốn đầu tư và thuận lợi cho công tác quản lí vận hành.
6.3 - XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN BỐ DUNG LƯỢNG BÙ:
6.3.1. Xác định dung lượng bù:
Dung lượng bù cần thiết cho nhà máy được xác định theo công thức sau:
Qbù∑ = Pttnm.( tgφ1 – tgφ2 ) .α Trong đó:
Pttnm - Phụ tải tác dụng tính toán của nhà máy( kW)
φ1 - Góc ứng với công suất trung bình trước khi bù ta có cosφ1 = 0,779 → tag ϕ1 = 0,804.
φ2 - Góc ứng với hệ số công suất bắt buộc sau khi bù. Cosφ2 = 0,93 → tag ϕ2 = 0,395.
α - Hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những biện pháp không đòi hỏi thiết bị bù.
α = 0,9 ÷ 1.
Với nhà máy đang thiết kế ta tìm được dung lượng bù:
Qbù∑ = Pttnm.( tgφ1 – tgφ2 ) .α = 2546,99. ( 0.804 – 0,395).1= 1041,71 (kVAr).
6.3.2. Phân bố dung lượng bù cho các trạm biến áp phân xưởng:
Công thức tính dung lượng bù tối ưu cho các nhánh của mạng hình tia:
Qbùi = Qi -
bù i
Q Q R
−
.Rtd
Trong đó:
QttNM =
∑= n
1 i
Qi
Phụ tải tính toán phản kháng tổng của nhà máy.
QttNM = 2021,92 kVAr.
Ri - Điện trở nhánh thứ i của nhà máy. ( Ω ).
Ri = RBi + RCi.
RB - Điện trở máy biến áp: RB =
2 dmBA
2 dmBA N
n.S U ΔP
.103 ( Ω ).
∆PN - Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp ( kW).
UdmBA,SdmBA – Điện áp và công suất định mức của máy biến áp ( kV, kVA ).
RC - Điện trở đường cáp ( Ω ) : RCi= n 1
.Ro . l ( Ω ).
Căn cứ vào các số liệu về máy biến áp và cáp ở chương III ta có bảng kết quả sau:
Bảng 6 – 1: Kết quả tính toán điện trở mỗi nhánh
Đường cáp L (km) r0(Ω/km) Ri=RCi (Ω)
TPPTBA- Cơ điện 0,266 0,153 0,0406
TPPTBA- Cơ khí 1 0,072 0,268 0,0192
TPPTBA- Cơ khí 2 0,065 0,124 0,008
TPPTBA- Rèn dập 0,126 0,153 0,0192
TPPTBA- Đúc thép 0,099 0,0991 0,0098
TPPTBA- Đúc gang 0,089 0,124 0,011
TPPTBA- Dụng cụ 0,162 0,153 0,0247
TPPTBA- Mộc mẫu 0,051 0,268 0,0136
TPPTBA- Nhiệt luyện 0,092 0,124 0,0114
TPPTBA-Kiểm nghiệm 0,188 0,268 0,05
TPPTBA- Kho 1(Sản phẩm) 0,251 1,15 0,288
TPPTBA- Kho 2(Vật tư) 0,177 1,15 0,203
TPPTBA- Nhà hành chính 0,253 0,268 0,0678
Điện trở tương đương của mạng
1
13 2
1
... 1 1
1 −
+ + +
= R R R
Rtd
=
10 3
. 445 ,
1 −
(Ω) Xác định công suất bù tối ưu cho các nhánh:
( )
i td b ttnm i
bi R
Q R Q Q
Q = − − .
1
0, 001445
110 (1041, 71 683, 23). 97, 24 r 0, 0406
Qb = − − = kVA
Tính toán tương tự với các nhánh còn lại ta có kết quả:
Qb2 = 40,5 kVar, Qb3 = 17,8 kVar,Qb4 = 78,2 kVar, Qb5 = 88,5 kVar, Qb6 = 68,5 kVar, Qb7 = 83,6 kVar, Qb8 = 4 kVar, Qb9 = 81,3 kVar, Qb10 = 32 kVar, Qb11 = 31,88 kVar, Qb12 = 20,5 kVar, Qb13 = 61,76 kVar
Căn cứ vào dung lượng bù cần đặt của các phân xưởng và tra bảng PL 6.2 HTCCĐ ta chọn các tụ điện bù do DAE YEONG sản xuất có các thông số kỹ thuật sau.
Bảng 6.2. Các thông số kỹ thuật của các tụ điện bù
P.Xưởng Loại tụ Qbù
(kVAr)
Số bộ
Tổng Qbù
(kVAr)
Qbù yêu cầu (kVAr)
Cơ điện DLE – 3H45K6S 35 2 90 97,24
Cơ khí 1 DLE – 3H35K6S 35 2 45 40,5
Cơ khí 2 DLE – 3H20K6S 20 1 20 17,8
Rèn, dập DLE – 3H40K6S 40 2 80 78,2
Đúc thép DLE – 3H45K6S 45 2 90 88,5
Đúc gang DLE – 3H35K6S 35 2 70 68,5
Dụng cụ DLE – 3H45K6S 45 2 90 83,6
Mộc mẫu DLE – 3H10K6S 35 1 25 32,8
Nhiệt luyện DLE – 3H45K6S 45 2 90 81,3
Kiểm nghiệm DLE – 3H35K6S 20 1 35 17,6
Kho 1(Sản phẩm) DLE – 3H35K6S 35 1 35 31,88
Kho 2(Vật tư) DLE – 3H25K6S 25 1 25 20,5
Nhà hành chính DLE – 3H35K6S 35 2 70 61,76
6.3.3 .Kiểm tra cosϕ
bù của nhà máy sau khi lắp đặt bù:
- Tổng công suất của tụ bù Qb = 750 (kVAr)
- Lượng công suất phản kháng truyền trong lưới cao áp của nhà máy:
2021,92 750 1271,92( )
ttnm b
Q Q= − =Q − = kVAr - Hệ số công suất phản kháng của nhà máy sau khi bù:
1271,92
0, 49 2546,99
ttnm
tg Q
φ = P = =
Từ tgϕ
ta tính ra cosϕ
= 0,9.Sau khi đặt tụ bù cho lưới hạ áp hệ số công suất của nhà máy được đảm bảo yêu cầu của đề tài.